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2023届高考生物二轮复习细胞的物质和能量代谢学案（多项选择版）
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这是一份2023届高考生物二轮复习细胞的物质和能量代谢学案（多项选择版），共44页。
同化作用和异化作用是生物新陈代谢的两种形式。同化作用依据自身有机物形成过程将生物分为自养型和异养型，异化作用根据细胞呼吸过程是否需要氧气将生物分为需氧型、厌氧型和兼性厌氧型。细胞代谢包括物质代谢和能量代谢，物质代谢分为物质合成和物质分解，能量代谢分为能量储存和能量释放。同化作用是物质合成、能量储存，异化作用是物质分解，能量释放，小分子或离子主要通过被动运输、主动运输的方式进出细胞，大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞；细胞中的呼吸作用和光合作用都能合成ATP，ATP是细胞的能量“货币”，这些能量的转化都是在细胞内酶的催化下完成的。
(对照课本回顾主干知识)
重要概念1 物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动
[例1] (2022·全国甲卷，2)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是( )
A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
答案 C
解析 由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确；由题意可知，三种细胞放入相同浓度的蔗糖溶液中时，细胞a表现为既不吸水也不失水，细胞b吸水，细胞c失水，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，B正确；由题意可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液初始浓度相等，水分交换达到平衡时，细胞c的细胞液浓度等于此时的外界蔗糖溶液的浓度，但由于细胞c失水，此时的蔗糖溶液浓度小于初始蔗糖溶液浓度，因此，水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误；在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。
[例2] (2021·广东选择性考试)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是( )
A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后
B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
答案 A
解析 从图中可以看出，①处理后气孔开度小于③处理后，说明③处理后保卫细胞吸水较多，则保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误；②处理后细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确；通过上述分析可知，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。
[例3] (2022·北京东城高三期末)人体成熟红细胞不仅能够运输O2和CO2，还具有一定的免疫功能。红细胞能够识别、粘附病毒，还可以发挥类似于巨噬细胞的杀伤作用。成熟红细胞部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程。下列叙述错误的是( )
A．红细胞呈圆饼状，表面积与体积的比值较大，气体交换效率较高
B．图中①和②表示被动运输过程，③、④和⑤表示主动运输过程
C．红细胞可以利用葡萄糖分解释放的能量将ADP转化为ATP
D．红细胞识别病毒的功能与膜表面的糖被密切相关
答案 B
解析 ①和②表示气体进出红细胞，一般气体等小分子进出细胞的方式为自由扩散，④是葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞，顺浓度梯度，不需要消耗能量，为协助扩散，⑤是H2O通过水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B错误；红细胞可通过无氧呼吸将葡萄糖分解释放的能量用于ADP转化为ATP，C正确。
[例4] (多选)研究得知，胰岛B细胞内K＋浓度是细胞外的28倍，细胞外Ca2＋浓度是细胞内的15000倍。细胞外葡萄糖浓度调节胰岛素的分泌过程如图(＋表示促进)，下列叙述错误的是( )
A．K＋外流和Ca2＋内流都是消耗能量的主动运输
B．K＋和Ca2＋浓度差的建立和维持不需要载体蛋白和能量
C．ATP释放使K＋通道磷酸化导致其空间结构改变
D．作为能量“通货”的ATP能参与细胞内信号传递
答案 AB
解析 由题中信息及图可知，胰岛B细胞内K＋浓度大于细胞外，Ca2＋浓度小于细胞外，且二者的跨膜需要转运蛋白，因此K＋顺浓度梯度外流和Ca2＋顺浓度梯度内流属于不消耗能量的协助扩散，A错误；K＋和Ca2＋浓度差的建立和维持需要依靠主动运输，则需要载体蛋白和能量，B错误；根据题图可知，ATP释放使K＋通道磷酸化，导致K＋外流受阻(说明磷酸化导致K＋通道蛋白的空间结构发生了改变)，细胞膜电位发生变化，进而引起Ca2＋内流，最终促进了胰岛素的释放，ATP参与了该信号传递过程，C、D正确。
[例5] (多选)(2022·山东省潍坊第四中学高三上学期收心考试改编)通道蛋白是横跨细胞膜的亲水性通道，允许特定的离子和小分子物质顺浓度梯度快速通过，由其介导的物质跨膜运输速率比由载体蛋白介导的物质跨膜运输速率快1000倍以上。下图甲、乙分别表示由细胞膜上的通道蛋白和载体蛋白介导的两种运输方式。下列叙述正确的是( )
A．由载体蛋白介导的物质跨膜运输具有饱和性
B．细胞膜的选择透过性与载体蛋白和通道蛋白都有关
C．肾小管细胞能快速重吸收水分主要依赖细胞膜上的水通道蛋白
D．在哺乳动物中，一般情况下K＋经甲进入细胞内，经乙排出细胞外
答案 ABC
解析 一般情况下，K＋进入细胞的方式为主动运输，排出细胞的方式为协助扩散，则通过甲出细胞，通过乙进入细胞。
[练] 完成下列物质出入细胞的运输方式表格。
运输
物质
水进入肾小管细胞
Na＋进入神经细胞
氧进入
肺泡细
胞
碘进入甲状腺滤泡上皮细胞
唾液淀
粉酶的
分泌
运输
方式
运输
特点
答案
运输
物质
水进入肾小管细胞
Na＋进入神经细胞
氧进入肺泡细胞
碘进入甲状腺滤泡上皮细胞
唾液淀
粉酶的
分泌
运输
方式
协助扩
散、自由
扩散
协助
扩散
自由
扩散
主动
运输
胞吐
运输
特点
顺浓度
梯度进
行，不需
要能量
顺浓度
梯度进
行，需要
通道蛋
白，不需
要能量
顺浓度
梯度进
行，不需
转运蛋
白，不需
要能量
逆浓度
梯度进
行，需要
载体蛋
白，需要
能量
不需要转运蛋白，需要能量
重要概念2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域
[例6] (2021·湖北选择性考试)在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是( )
A．过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质
B．DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成
C．胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关
D．淀粉酶和盐酸通过降低反应物的活化能催化淀粉水解
答案 D
解析 DNA聚合酶能催化磷酸二酯键的形成，从而将游离的脱氧核苷酸连接在正在合成的子链上，DNA连接酶也能催化磷酸二酯键的形成，从而将两个DNA片段连接到一起，B正确；胰蛋白酶属于分泌蛋白，分泌蛋白的合成首先要在核糖体上合成一段肽链，然后核糖体和该段肽链一起转移到内质网继续合成，并进行粗加工，形成一定的空间结构，然后转到高尔基体做进一步的修饰加工，C正确；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，D错误。
[例7] (2022·湖南，3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果
D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染
答案 B
解析 由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此初步加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低含碱性蛋白酶的洗涤剂去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；酶具有高效性，碱性蛋白酶能使蛋白质水解成多肽和氨基酸，具有很强的分解蛋白质的能力，可有效地清除汗渍、奶渍、酱油渍等污渍，添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染，D正确。
[例8] (2022·福建福州毕业班质量检测)为探究蛋清溶菌酶的热稳定性，将酶液加热至不同的温度，分别保温30、60、90分钟，测定酶的相对活性，结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．实验的自变量是温度，保温时间不影响酶活性
B．与60 ℃相比，该酶在30 ℃下的催化活性更高
C．蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性
D．在80 ℃时，该酶活性下降的速率先快后慢
答案 C
解析 实验的自变量是温度和保温时间，从图上看，保温时间也会影响酶的活性，高温下保温时间越长，酶的活性下降越快，A错误；从图上看，该酶在30 ℃和60 ℃在一定时间内的相对活性没有明显差别，几乎重合，说明该时间内这两种温度下酶的活性不相上下，B错误；由图可知，30 ℃时酶保持的相对活性较高，故蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性，C正确；从图中可看出在80 ℃时，该酶活性下降的速率先慢后快，D错误。
[例9] (2020·全国卷Ⅰ)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是( )
A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸
B．若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放
D．若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
答案 D
解析 若二氧化碳的生成量等于酒精的生成量，则说明CO2都是无氧呼吸产生的，故细胞只进行无氧呼吸，A正确；若细胞只进行有氧呼吸，则消耗的氧气量等于生成的二氧化碳量，B正确；若细胞只进行无氧呼吸，说明不消耗氧气，产乳酸的无氧呼吸不会产生二氧化碳，C正确；若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，若无氧呼吸产生酒精，则消耗的氧气量小于二氧化碳的生成量，若无氧呼吸产生乳酸，则消耗的氧气量等于二氧化碳的生成量，D错误。
[例10] (2022·东北三省三校高三联考)细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。下列有关细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A．皮肤破损较浅，破伤风芽孢杆菌容易大量繁殖
B．降低温度、隔绝氧气有利于粮食的储存
C．中耕松土、适时排水能促进作物根系的呼吸作用，利于植物的生长
D．呼气酒精测试仪显示屏由蓝变绿再变黄，即可判定为酒驾
答案 C
解析 破伤风芽孢杆菌是厌氧微生物，在皮肤破损较深时会大量繁殖，A错误；低温、低氧有利于粮食的储存，B错误；中耕松土、适时排水能增加土壤的氧气含量，促进作物根系的呼吸作用，C正确；呼气酒精测试仪检测酒精的原理为酒精使酸性重铬酸钾由橙色变为灰绿色，D错误。
[例11] (2021·广东选择性考试)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是( )
A．Rubisco存在于细胞质基质中
B．激活Rubisco需要黑暗条件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2结合
答案 D
解析 Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
[例12] (2022·全国乙卷，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
答案 D
解析 由于小麦在密闭容器中，无外界环境中CO2进入，并且小麦光合作用吸收CO2，呼吸作用释放CO2，所以初期密闭容器中CO2减少是由于光合速率大于呼吸速率，之后保持相对稳定是光合速率等于呼吸速率，D正确。
[例13] (2021·北京等级考)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( )
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
答案 B
解析 由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm－2·s－1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图可知，35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率小于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。
[例14] (2022·常州模拟)下图为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意图，在CO2与C5反应过程中，O2能与CO2竞争相关酶的活性部位。下列相关叙述不正确的是( )
A．在高O2环境中植物不能进行光合作用
B．光呼吸的存在会降低糖的合成效率
C．可以通过适当增大CO2的浓度来抑制光呼吸
D．在特殊环境下，光呼吸可以为暗反应提供原料
答案 A
解析 在高O2环境中O2能与CO2竞争相关酶的活性部位，使CO2与C5固定生成C3的速率减小，植物光合作用减弱，A错误；光呼吸的存在会使CO2与C5固定生成C3的速率减小，从而降低糖的合成效率，B正确；O2能与CO2竞争相关酶的活性部位，适当增大CO2浓度可抑制氧气与C5结合，从而抑制光呼吸，C正确；由图可知，光呼吸可产生C2，生成的C2可在线粒体内生成CO2，为暗反应提供原料，D正确。
[例15] (2022·湖北武汉武昌区1月质检)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。下列方法或解释合理的是( )
A．冬季蔬菜大棚可用绿色薄膜提高农作物光合速率
B．夜间蔬菜大棚可适当提高温度以利于提高产量
C．土壤板结后松土主要是促进农作物根系吸收水分
D．农田施肥的同时适当浇水有利于农作物更好地生长
答案 D
解析 植物几乎不吸收绿光，绿色薄膜导致透过的光均为绿光，因此若蔬菜大棚使用绿色薄膜，则会导致农作物光合速率大大降低，A错误；夜间植物只进行呼吸作用，蔬菜大棚可适当降低温度，呼吸酶的活性降低，细胞呼吸对有机物的消耗减少，以有利于提高产量，B错误；土壤板结后松土主要是促进农作物根系的有氧呼吸，有利于能量的供应，促进根系吸收无机盐以及根系的生长，C错误；农田施肥的同时适当浇水，肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收，也有利于降低土壤溶液的浓度，防止烧苗，有利于农作物更好生长，D正确。
[例16] (2021·北京等级考)在有或无机械助力两种情形下，从事家务劳动和日常运动时人体平均能量消耗如图。对图中结果叙述错误的是( )
A．走路上学比手洗衣服在单位时间内耗能更多
B．葡萄糖是图中各种活动的重要能量来源
C．爬楼梯时消耗的能量不是全部用于肌肉收缩
D．借助机械减少人体能量消耗就能缓解温室效应
答案 D
解析 爬楼梯时消耗的能量不是全部用于肌肉收缩，还会用于维持正常体温、新陈代谢和器官的工作等，C正确；有机械助力时人确实比无机械助力消耗的能量少，但机械会消耗更多的能量，不利于缓解温室效应，D错误。
[例17] (多选)(2022·北京东城高三期末改编)下图显示在环境CO2浓度和高CO2浓度下，温度对两种植物CO2吸收速率的影响，有关曲线的分析不正确的是( )
A．高CO2浓度条件下，叶片温度在45 ℃时两种植物真正光合速率最高
B．环境CO2浓度条件下，40 ℃时限制两种植物光合作用速率的因素相同
C．自然条件下，与植物b相比，植物a更适合生活在高温环境中
D．植物b的光合作用相关酶活性在38 ℃左右最高
答案 ABD
解析 高CO2浓度条件下，叶片温度在43 ℃左右时两种植物净光合速率最高，由于不知道呼吸速率，无法知道真正光合速率的情况，A错误；对比左图和右图可知，在40 ℃时，植物a在环境二氧化碳浓度和高二氧化碳浓度下的二氧化碳吸收速率相近，此时CO2浓度不是限制植物a光合速率的因素，植物b在环境二氧化碳浓度下的二氧化碳吸收速率明显低于高二氧化碳浓度下的二氧化碳吸收速率，此时二氧化碳浓度限制植物b光合速率，B错误；据左图可知，自然条件下，叶片温度较高时，植物a的净光合速率较高，故与植物b相比，植物a更适合生活在高温环境中，C正确；据图可知，在环境CO2浓度条件下，植物b的净光合速率在38 ℃左右最高，在高CO2浓度条件下，植物b的净光合速率在43 ℃左右最高，但由于不知道呼吸速率，所以不知道真正光合速率最高时的温度，也就不能确定光合作用相关酶活性最高时的温度，D错误。
[例18] (多选)(2022·山东省高三上学期第二次联考改编)细胞呼吸除了能为生物体提供能量外，还是物质代谢的枢纽，如细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为脂肪、非必需氨基酸等非糖物质，而非糖物质又可以通过一系列反应转化为葡萄糖。下列相关说法正确的是( )
A．有氧呼吸时，底物中所含的能量大部分以热能的形式散失
B．胰岛素能促进葡萄糖转化成脂肪或某些氨基酸
C．在剧烈运动过程中，人体细胞呼吸时CO2产生量多于O2消耗量
D．核糖体上合成蛋白质所需要的非必需氨基酸都是由中间产物转化而来的
答案 AB
解析 胰岛素能促进葡萄糖转化成脂肪或某些氨基酸，因而能降低血糖，B正确；人进行无氧呼吸会产生乳酸，不会产生CO2，因此在剧烈运动过程中，人体细胞呼吸时CO2产生量仍等于O2消耗量，C错误；核糖体上合成蛋白质所需要的非必需氨基酸来自体内转化和食物补充，D错误。
[例19] (2022·北京陈经纶中学高三上学期第一次月考)下图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸相关物质代谢过程，请回答以下问题：
(1)酵母菌细胞内丙酮酸在________________________________(填场所)被消耗。
(2)酵母菌在O2充足时几乎不产生酒精，有人认为是因为O2的存在会抑制图1中酶1的活性而导致无酒精产生，为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取________(填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”)均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液，立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的____________________进行检测。
(3)按照上述实验过程，观察到__________________________，说明(2)中假说不成立，实验小组查阅资料发现，细胞质基质中的NADH还存在如下图2所示的转运过程，NADH在线粒体内积累，苹果酸的转运即会被抑制，且细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。请结合以上信息解释O2会抑制酵母菌产生酒精的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)高产产酒酵母酒精产量更高，甚至在有氧条件下也能产酒，结合图1和图2分析，是利用野生酵母，通过物理或化学诱变因素诱导控制合成________(填“酶1”“酶2”或“酶3”)的基因发生突变而产生的新品种。
答案 (1)细胞质基质和线粒体基质
(2)上清液 酸性的重铬酸钾溶液
(3)甲乙试管都显灰绿色 O2充足时，线粒体内的NADH与O2结合产生水，从而促进线粒体内苹果酸的分解，进而促进苹果酸向线粒体的转运过程，当细胞质基质中的苹果酸浓度较低时，促进了细胞质中NADH的消耗，使得细胞质基质中NADH含量很少，NADH的缺少导致丙酮酸不能转化成酒精(或氧气存在时，线粒体大量消耗NADH，导致细胞质基质中缺乏NADH)
(4)酶3
解析 (1)丙酮酸是酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段的产物，若是进行有氧呼吸，丙酮酸在线粒体基质消耗，若是进行无氧呼吸，丙酮酸在细胞质基质被消耗。
(2)由题图可知，酶1催化丙酮酸分解为酒精和二氧化碳，说明酶1位于细胞质基质，所以酵母菌破碎后高速离心，取上清液(主要成分是细胞质基质，含有酶1)分为甲、乙两组，一段时间后在两支试管加入等量葡萄糖，向甲试管通入O2。一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的酸性的重铬酸钾溶液进行检测。若甲试管由橙红变灰绿色即是产生了酒精，说明O2对酶1没有抑制作用，如果甲试管不变色，说明O2对酶1有抑制作用。
(3)按照上述实验过程，观察到甲、乙试管都显灰绿色，说明两支试管都产生了酒精，说明(2)中假说不成立。
(4)结合图1和图2分析，O2存在时，酶3催化有氧呼吸第三阶段，如果通过物理或化学诱变因素诱导控制合成酶3的基因发生突变，O2不能与线粒体NADH反应，NADH积累，苹果酸的转运会被抑制，细胞质基质的NADH就会在酶1的催化下合成酒精。
[例20] (2021·广东选择考适应性测试)光补偿点指同一叶片在同一时间内，光合过程中吸收的CO2和呼吸过程中放出的CO2等量时的光照强度；光合速率随光照强度增加，当达到某一光照强度时，光合速率不再增加，该光照强度称为光饱和点。下表为甲、乙两个水稻品种在灌浆期、蜡熟期的光合作用相关数据。
表 甲、乙两个水稻品种灌浆期和
蜡熟期光合作用相关指标的比较
生长期
光补偿点
(μmol·m－2
·s－1)
光饱和点
(μmol·m－2
·s－1)
最大净光合速率
(μmolCO2
·m－2·s－1)
甲
乙
甲
乙
甲
乙
灌浆期
68
52
1853
1976
21.67
27.26
蜡熟期
75
72
1732
1365
19.17
12.63
注：灌浆期幼穗开始有机物积累，谷粒内含物呈白色浆状；蜡熟期米粒已变硬，但谷壳仍呈绿色。
回答下列问题：
(1)从表中的数据推测，________品种能获得较高产量，理由是______________________________________________。
(2)据表分析水稻叶片在衰老过程中光合作用的变化趋势。
(3)根据该实验的结果推测，从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率的变化可能与叶片的叶绿素含量变化有关。请设计实验验证该推测(简要写出实验设计思路、预测实验结果并给出结论)。
答案 (1)乙 乙组灌浆期最大净光合速率较大，有利于幼穗对有机物的积累
(2)光合作用逐渐减弱。
(3)取等量的相同品种(甲品种或乙品种)的灌浆期和蜡熟期水稻叶片，分别标记为A、B组，分别用无水乙醇提取两组叶片的色素，再分别用层析液借助纸层析法对两组提取液进行色素分离，最后观察蓝绿色和黄绿色的色素带并比较带宽。
预测结果：
A组蓝绿色和黄绿色的色素带明显比B组的要宽。
结论：
从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率的变化与叶片的叶绿素含量减少有关。
[练1] ATP既是“能量通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，两者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，试写出ATP可作为神经细胞间传递信息的信号分子的两个实验思路。
答案 ①去除典型的神经递质，检测受体细胞是否仍能接收信号发生膜电位的改变；②检测受体细胞是否存在ATP的特异性受体。
[练2] (2022·北京检测)
高温或强光常抑制光合作用过程，导致作物严重减产。光合复合体PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1是PSⅡ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PSⅡ的其他蛋白，D1对ROS尤为敏感，极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代，使PSⅡ得以修复。因此，D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSⅡ的修复，进而影响光合效率。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组，叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程，导致PSⅡ修复效率降低。
我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA，并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接，构建融合基因，再与高温响应的启动子连接，导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明，与野生型相比，转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加，高温下大幅增加；在高温下，PSⅡ的光能利用能力也显著提高。与野生型相比，转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高。
若从物质和能量的角度分析，转基因植物选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 高温时，高温响应的启动子驱动psbA基因高水平表达，补充高温造成的D1不足，修复PSⅡ，提高光能利用率；非高温时低水平表达，避免不必要的物质和能量消耗
情境信息
例1 (2021·山东等级考)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器，液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进行进入液泡并储存。下列说法错误的是( )
A．Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
B．Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺
C．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢
D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
此题为高考常考信息题，解这类题的方法为：边读边画关键信息，将题目信息与所学相关生物学知识联系起来，将分析结果记在题旁边，然后结合选项做题。不要过多纠结题干信息。
1．提取有效信息，写出分析结果
(1)液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度H＋跨膜进入液泡内，需要载体蛋白、能量，运输方式为主动运输。
(2)该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存
进入液泡的方式为主动运输，需要能量、载体蛋白CAX，H＋出液泡的方式为协助扩散，需要载体蛋白CAX。
(3)Ca2＋通过CAX的运输进入液泡液泡的渗透压升高―→使液泡中溶液浓度大于外界溶液浓度植物吸水，有利于植物细胞保持坚挺。
(4)由选项C加入H＋焦磷酸酶抑制剂H＋焦磷酸酶活性降低无机焦磷酸水解释放的能量减少H＋跨膜进入液泡减少液泡两侧的H＋浓度差下降Ca2＋通过CAX的运输速率变慢。
2．结合选项解题：由(2)知，A错误；由(3)知，B正确；由(4)知，C正确；由(1)知，D正确。
答案 A
[练1－1] (2022·山东潍坊高三上学期期末)耐盐植物的液泡膜和细胞膜上有大量质子泵，可将ATP水解并利用释放的能量将细胞质中的H＋泵入液泡和泵出细胞，在液泡膜和细胞膜两侧形成H＋电化学梯度。液泡膜和细胞膜上还分布着能同时转运H＋和Na＋的反向转运载体，借助H＋电化学梯度将Na＋运入液泡和运出细胞，来保持细胞质内的低Na＋水平。下列说法错误的是( )
A．质子泵既有运输功能也有催化功能
B．H＋通过反向转运载体由液泡和细胞外进入细胞质属于协助扩散
C．Na＋在液泡中的积累有利于耐盐植物从外界吸收水分
D．呼吸抑制剂不会对Na＋运入液泡和运出细胞产生影响
答案 D
解析 质子泵既能催化ATP水解，又能运输H＋，故既有运输功能也有催化功能，A正确；根据氢离子进入液泡和排出细胞均需要消耗能量，为主动运输，物质运输方向为从低浓度运输到高浓度，液泡和细胞外H＋浓度均高于细胞质，故推测H＋通过反向转运载体由液泡和细胞外进入细胞质属于协助扩散，B正确；Na＋在液泡中的积累，可以提高细胞液的浓度，有利于耐盐植物从外界吸收水分，C正确；氢离子进入液泡和排出细胞均需要消耗能量，呼吸抑制剂会抑制呼吸作用，影响能量供应，导致液泡与细胞质、细胞外与细胞质的H＋浓度差降低，而Na＋运入液泡和运出细胞需借助H＋电化学梯度，故呼吸抑制剂会影响Na＋运入液泡和运出细胞，D错误。
[练1－2] (多选)(2022·山东日照高三上学期开学考改编)细胞内Na＋区隔化是植物抵御盐胁迫、减轻高盐伤害的途径之一，植物液泡膜上H＋焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H＋运进液泡，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度能驱动液泡膜上的转运蛋白M将H＋运出液泡，同时将Na＋由细胞质基质运进液泡，实现Na＋区隔化。下列叙述正确的是( )
A．细胞质基质中的H＋和Na＋均以主动运输的方式进入液泡
B．H＋焦磷酸酶和转运蛋白M在转运时均需改变自身构象
C．转运蛋白M能同时转运H＋和Na＋，故其不具有特异性
D．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Na＋跨液泡膜运输速率会减弱
答案 ABD
解析 植物液泡膜上H＋焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H＋运进液泡，说明H＋进入液泡需要消耗能量，需要载体蛋白，为主动运输；Na＋由细胞质基质运进液泡，是利用液泡膜两侧的H＋浓度梯度的驱动，同时需要转运蛋白M的协助，为主动运输，A正确；载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变，H＋焦磷酸酶将H＋运进液泡，转运蛋白M将Na＋运进液泡均为主动运输，所以H＋焦磷酸酶和转运蛋白M均为载体蛋白，在转运时均需改变自身构象，B正确；转运蛋白M可同时转运Na＋和H＋，但不能转运其他物质，说明该转运蛋白具有特异性，C错误；H＋焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H＋运进液泡，使液泡内侧的H＋浓度高于细胞质基质，该浓度梯度能驱动Na＋由细胞质基质运进液泡，故若加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Na＋跨液泡膜运输速率会减弱，D正确。
例2 (2022·山东烟台一模)腺苷酸转运蛋白(ANT)位于线粒体内膜上，其表面有ATP和ADP的结合位点。在正常状态下，ANT作为一个反向转运载体把ADP转运到线粒体基质，把ATP从线粒体基质中运出。而在肿瘤细胞中，ANT转运ADP和ATP的方向相反。研究发现苍术苷可降低ANT与ADP的亲和力。下列分析错误的是( )
A．ANT在转运ATP和ADP时空间结构会发生改变
B．肿瘤患者体内细胞质基质和线粒体中合成的ATP均可通过ANT转运
C．与正常细胞相比，肿瘤细胞的有氧呼吸受到抑制
D．苍术苷不会对细胞有氧呼吸第二阶段造成影响
此题为高考常考信息题，解这类题的方法为：边读边画关键信息，将题目信息与所学相关生物学知识联系起来，将分析结果记在题旁边，然后结合选项做题。不要过多纠结题干信息。
(1)ANT为转运蛋白，表面有ATP和ADP的结合位点ANT为载体蛋白ANT在转运ATP和ADP时空间结构会发生改变。
(2) 在肿瘤患者正常细胞和肿瘤细胞内ANT可以分别将线粒体和细胞质基质中的ATP进行转运。
(3) 肿瘤细胞有氧呼吸受到抑制。
(4) 正常状态下，ANT促进有氧呼吸第二阶段的进行，又苍术苷可降低ANT与ADP的亲和力苍术苷会对有氧呼吸第二阶段造成影响。
答案 D
例3 (2020·山东等级考)癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是( )
A．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
此题为高考常考信息题，且信息量较小，解这类题的方法为：提取有效信息，将题干信息与所学生物学知识联系起来，再根据选项作答。不要过多纠结题干信息。
1．已知信息：癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸供能。
2．分析信息：癌细胞呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸，以无氧呼吸为主。
3．联系课本知识
有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解
4．根据题干及课本知识解题
A项：由于葡萄糖无氧呼吸时只能释放少量的能量，故“瓦堡效应”导致癌细胞需要吸收大量的葡萄糖来为生命活动供能。
B项：癌细胞中进行无氧呼吸时，只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段由丙酮酸转化为乳酸的过程不会生成ATP。
C项：由题干信息可知，癌细胞主要进行无氧呼吸，故丙酮酸主要在细胞质基质中被利用。
D项：无氧呼吸只有第一阶段产生少量的NADH，而有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都能产生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少。
答案 B
[练3－1] (多选)(2022·山东省烟台市高三上学期期末考试改编)细胞呼吸过程中产生的氢可与NAD＋结合，形成NADH。细胞外烟酰胺磷酸核糖转移酶(eNAMPT)的催化产物NMN是合成NAD＋的原料。研究发现，人的衰老过程与组织中NAD＋水平的下降直接相关。下列说法正确的是( )
A．有氧呼吸过程中NADH的氢全部来自葡萄糖和丙酮酸
B．人体细胞产生NADH的场所有细胞质基质和线粒体内膜
C．体内的NMN合成量下降可能导致人体早衰
D．促进人体体内eNAMPT的产生可能延长其寿命
答案 CD
解析 有氧呼吸过程中NADH的氢来自前两个阶段，可来自葡萄糖、丙酮酸和水，A错误；有氧呼吸过程两个阶段产生NADH，场所是细胞质基质和线粒体基质，线粒体内膜是消耗NADH，B错误；NMN是合成NAD＋的原料，人衰老过程与组织中NAD＋水平的下降直接相关，因此体内的NMN合成量下降可能导致哺乳动物早衰，C正确；细胞外烟酰胺磷酸核糖转移酶(eNAMPT)的催化产物NMN是合成NAD＋的原料，人衰老过程与组织中NAD＋水平的下降直接相关，因此促进人体体内eNAMPT的产生可能延长其寿命，D正确。
[练3－2] (多选)(2022·北京东城高三模拟改编)即使在氧气充足的条件下，肝癌细胞的无氧呼吸也非常活跃。据报道，中国科学技术大学吴缅教授发现肿瘤抑制因子p53通过影响关键酶的活性抑制癌细胞的无氧呼吸，但不影响正常细胞。下列叙述正确的是( )
A．肝癌细胞在细胞质基质中进行无氧呼吸并产生乳酸
B．正常细胞在细胞质基质和线粒体中进行有氧呼吸
C．肝癌细胞利用葡萄糖产生ATP的效率比正常细胞低
D．p53最可能抑制了催化葡萄糖分解为丙酮酸的关键酶
答案 ABC
解析 肝癌细胞通过无氧呼吸在细胞质基质将葡萄糖分解成乳酸，A正确；正常细胞在细胞质基质和线粒体中进行有氧呼吸，B正确；正常细胞通过有氧呼吸把葡萄糖彻底氧化分解，产生大量ATP，肝癌细胞主要通过无氧呼吸把葡萄糖不彻底地氧化分解为乳酸，产生少量ATP，因此肝癌细胞利用葡萄糖产生ATP的效率比正常细胞低，C正确；p53只是抑制癌细胞的无氧呼吸，而有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段都是把葡萄糖分解为丙酮酸，因此p53不能抑制催化葡萄糖分解为丙酮酸的关键酶，D错误。
长句应答
例4 (2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是________________(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是________________________(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是__________________________________________________________________。
第(2)题为分析原因类试题，为高考常考类型，这类题的解题方法是：首先理清题干、题图中已知条件与结果之间的逻辑关系，同时将所学的生物学的基本概念和原理与之联系，找到解决这类问题的知识载体。
第(3)题为分析原因类试题，解题方法同(2)题。
答案 (1)O2、[H]和ATP
(2)自身呼吸消耗或建造植物叶片自身结构
(3)由于干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收量减少且C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能利用较低浓度CO2，因此同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好
[练4－1] (2020·全国卷Ⅱ)为了研究细胞器的功能，某同学将正常叶片置于适量的溶液B中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离细胞器。回答下列问题：
(1)该实验所用溶液B应满足的条件是____________________________________________________(答出2点即可)。
(2)离心沉淀出细胞核后，上清液在适宜条件下能将葡萄糖彻底分解，原因是此上清液中含有________________________。
(3)将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中，照光后有氧气释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光，________(填“有”或“没有”)氧气释放，原因是____________________________________________________________________。
答案 (1)pH应与细胞质基质的相同，渗透压应与细胞内的相同
(2)细胞质基质组分和线粒体
(3)有 类囊体膜是H2O分解释放O2的场所，叶绿体膜破裂不影响类囊体膜的功能
解析 (1)将正常叶片置于适量的溶液B中，破碎细胞分离各种细胞器，为防止细胞器被破坏，应保证溶液B的pH与细胞质基质的相同，渗透压与细胞内的相同。
(2)葡萄糖经有氧呼吸能被彻底氧化分解，在真核细胞中有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。
[练4－2] (2020·山东等级考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是__________________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是______________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是______________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
答案 (1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)
(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足
(3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)
(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
解析 (1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP、NADPH中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。
(2)据题干可知乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的含量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP＋不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。
(3)在植物中糖类的积累量＝产生量－消耗量，光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用消耗糖类，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。
(4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致CO2的吸收量减少，因此光合作用速率降低。
[练4－3] 在光合作用的研究中，植物光合产物产生器官被称作“源”，光合产物或营养物质卸出和储存部位被称作“库”。研究者对库源关系及其机理进行了研究。
(1)去除部分桃树枝条上的果实，检测其对叶片光合速率等的影响，结果如下表。
组别
净光合速率
(μmol·
m－2·s－1)
叶片蔗糖
含量(mg·
g－1FW)
叶片淀粉
含量(mg·
g－1FW)
气孔导度
(mmol·
m－2·s－1)
对照组
(留果)
5.39
30.14
60.61
51.41
实验组
(去果)
2.48
34.20
69.32
29.70
据表推测：去果处理降低了________(填“库”或“源”)的大小，使叶片中__________积累，进而抑制了光合速率。
(2)检测蔗糖对离体叶绿体光合速率的影响，结果如图1。图1中____________浓度范围的实验数据支持以上推测。
(3)研究发现，叶绿体中淀粉积累会导致________膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，使________进而抑制暗反应。
(4)图2为光合产物合成及向库运输过程示意图。
①图2中A包括的物质有____________。
②综合以上信息，概述去果导致的蔗糖积累抑制叶片光合速率的机制(用文字和“→”表示)。
答案 (1)库 蔗糖和淀粉
(2)0.47～0.57 mol·L－1
(3)类囊体 CO2供应减少
(4)①ATP和NADPH
②
解析 (1)果实是光合产物或营养物质的储存器官，去果处理是降低了库的大小，使叶片产生的淀粉和蔗糖不能转运出去，进而降低了光合速率。
(2)据图1曲线，当蔗糖浓度为0.47 mol·L－1时，与蔗糖浓度为0时的净光合速率相接近，超过该浓度后，随着蔗糖浓度升高，光合速率相对值降低。因此图1中0.47～0.57 mol·L－1的实验数据支持“叶片产生的蔗糖不能转运出去，进而抑制了光合速率”的结论。
(3)光反应的场所是类囊体薄膜，因而受破坏的膜结构是类囊体薄膜；气孔是外界二氧化碳进入叶肉细胞的通道，气孔导度降低会减少二氧化碳的吸收，进而影响光合作用的暗反应。
(4)①图2中物质A是光反应产生的作用于暗反应的物质，因此是ATP和NADPH；②若蔗糖不能向库运输，就会积累在细胞内，促进细胞内丙糖磷酸积累增加，丙糖磷酸作为暗反应的产物，它的积累会抑制暗反应；同时，丙糖磷酸的积累会导致丙糖磷酸在叶绿体内转化产生更多的淀粉，淀粉含量增加会使气孔导度下降，进而减少二氧化碳的吸收，抑制了暗反应的进行，进而使光合速率降低；另一方面，淀粉积累也会破坏类囊体薄膜，抑制光反应，进而使光合速率降低。
[练4－4] (2022·山东，21)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
分组
处理
甲
清水
乙
BR
丙
BR＋L
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是________。
(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有__________________、____________(答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是________________________________________________________。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制________(填“增强”或“减弱”)；乙组与丙组相比，说明BR可能通过____________________发挥作用。
答案 (1)蓝紫光
(2)五碳化合物供应不足 CO2供应不足 强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强
(3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。
(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量、温度等；其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足等。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
例5 (2022·全国乙卷，29)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。
(1)由图可判断NO进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是________________________________________________________________________________________。
(2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO速率不再增加，推测其原因是__________________________________________________________。
(3)作物甲和作物乙各自在NO最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是______________________________________________________________________。
(4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对NO的吸收利用，可以采取的措施是________。
第(3)题为分析原因类试题，为高考常考类型，这类题的解题方法是：首先理清题干、题图中已知条件与结果之间的逻辑关系，同时将所学的生物学的基本概念和原理与之联系，找到解决这类问题的知识载体。
答案 (1)主动运输需要呼吸作用提供能量，在一定O2浓度范围内，根细胞对NO的吸收速率与O2浓度呈正相关，说明NO进入根细胞需要能量
(2)主动运输需要载体蛋白，此时载体蛋白达到饱和
(3)甲的NO最大吸收速率大于乙，甲吸收NO时消耗O2多，需要能量多，故甲的呼吸速率大
(4)定期松土
[练5] 蓝细菌是一类分布广泛的原核生物。蓝细菌细胞能够吸收水体中的CO2和HCO，使细胞中无机碳含量高出胞外500～1000倍以上，其过程如图所示。回答下列问题：
(1)向蓝细菌培养液中加入一定量的放射性H14CO，胞内14C浓度增加的速率大于培养液中H14CO生成14CO2的速率，据图可知，原因是蓝细菌细胞通过__________________方式吸收无机碳。随着光合作用的进行，请以14CO2为起点，用图示说明14C转移途径，终产物用(CH2O)表示。
(2)将蓝细菌从黑暗中转移至光照条件下，发现蓝细菌吸入无机碳的速率增加，请根据上图对此现象进行解释__________________________________________________________________________。
(3)在富营养化水体中，O2和CO2含量较低时，蓝细菌仍能高效进行光合作用，在水体中占据优势。请依据上述研究内容说明蓝细菌获得生存优势的原因是______________________________________________________________________。
答案 (1)自由扩散和主动运输
(2)光照下蓝细菌进行光合作用消耗CO2，导致胞内CO2浓度降低，需要(通过自由扩散)从外界吸收更多的CO2；同时因ATP产生量增加，主动运输吸收HCO的速率也加快
(3)蓝细菌具有两条无机碳的吸收途径，其中主动运输吸收HCO途径保证了在环境中CO2不足时细胞内的CO2供给，光合作用仍然能够正常进行(或蓝细菌可通过主动运输方式吸收并积累HCO)
解析 (1)CO2跨膜运输的方式是自由扩散，由题干信息蓝细菌细胞内HCO的浓度比细胞外高500～1000倍可知，蓝细菌细胞通过主动运输的方式吸收HCO，因此综合分析蓝细菌细胞通过自由扩散和主动运输吸收无机碳。光合作用暗反应中先进行CO2的固定生成C3，接着C3还原生成糖类，所以放射性将先后出现在细胞中的C3、糖类等有机物里。
实验探究
例6 (2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是________________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
第(2)题为分析原因类试题，为高考常考类型，这类题的解题方法是：首先理清题干、题图中已知条件与结果之间的逻辑关系，同时将所学的生物学的基本概念和原理与之联系，找到解决这类问题的知识载体。
第(3)题为写实验思路类题，为高考常考类型。解答此类题目时，应先分析题目中的实验目的，以确定实验的变量，设置出对照组和实验组。
1．实验目的：验证干旱条件下气孔开度减少不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。
2．确定实验变量，设置对照组和实验组
(1)首先证明气孔开度不是由缺水直接引起的
(2)然后证明气孔开度减少是由ABA引起
3．语言描述：包括对照组和实验组的自变量、无关变量如何处理，因变量是怎样变化的。取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
再将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组不进行ABA处理，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
答案 (1)增强
(2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
再将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
[练6－1] (2021·全国乙卷)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止______________________，又能保证________正常进行。
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(简要写出实验思路和预期结果)
答案 (1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 细胞呼吸
(2)蒸腾作用散失较多水分 光合作用
(3)实验思路：植物甲在干旱条件下(其他条件适宜)培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲叶肉细胞液泡中的pH，然后统计实验数据。预期结果：白天的pH高于晚上
解析 (1)白天叶肉细胞既进行光合作用又进行有氧呼吸，光合作用过程中产生ATP的场所为叶绿体(类囊体薄膜)，有氧呼吸过程中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。
(3)由题干信息知，植物甲特殊的CO2固定方式是晚上吸收CO2，并生成苹果酸储存在于液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2用于光合作用。据此分析，当晚上时液泡中因苹果酸的生成(或者量增加)液泡pH降低，而白天因苹果酸脱羧释放的CO2用于光合作用，液泡pH升高。所以，可通过比较白天和晚上液泡pH高低来确定植物甲固定CO2的方式。故实验思路为：取生理状态良好的植物甲，在相同的干旱环境中培养，分别检测并比较白天和夜间叶肉细胞中液泡(细胞液)pH高低(大小)。预期结果：叶肉细胞中液泡白天pH高于晚上。
[练6－2] (2022·湖北，21)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随着光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。
注：曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。
回答下列问题：
(1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会________(填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明____________________________________________________________________________。
(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的____________________________________，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明__________________________________。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为____________________________________________________________________________________________，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案 (1)增大 (2)高浓度臭氧处理甲植物的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小
(3)实验组的净光合速率均明显小于对照组 长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同 (4)A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同
解析 (1)在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，则光合作用条件更适宜，甲、乙植物的光合速率会增加，光饱和点会增大。
(2)图2是用高浓度O3处理植物65天测定的植物净光合速率，图3是用高浓度O3处理植物75天测定的植物净光合速率，与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度臭氧处理甲植物的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。
(3)O3处理75天后，甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；曲线2、4之间的差别大于1、3之间的差别，说明长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同。
(4)实验目的为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，因此自变量为A基因的表达量，因变量为植物对O3耐受力，检测指标为植物的净光合速率，因此该实验应是用高浓度O3处理乙植物75天(乙植物的基因A表达量下降)，测定乙植物净光合速率；使乙植物中A基因过量表达后用高浓度O3处理75天，测定其净光合速率；若A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关，则实验现象为A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同。
[练6－3] (2022·广东，18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________，原因可能是______________________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的______________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是____________________________________________________________。
答案 (1)高 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素
(2)糖类等有机物
(3)光照条件 A组 遮阴比例 探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少
解析 (1)分析题图b结果可知，培养10天后，A组叶绿素含量为4.2，C组叶绿素含量为4.7，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。
(2)图b中B1组的叶绿素含量为5.3，B2组的叶绿素含量为3.9，A组叶绿素含量为4.2，B中叶绿素含量为5.3×1/2＋3.9×1/2＝4.6，大于A组；B1组的净光合速率为20.5，B2组的净光合速率为7.0，A组净光合速率为11.8，B组净光合速率为20.5×1/2＋7.0×1/2＝13.75，大于A组。两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。
(3)分析题意可知，该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验的自变量为玉米遮阴比例，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示条件，分为A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组为对照，并保证除遮光程度外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果B组遮光条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少。
发散思维
(2021·北京等级考)学习以下材料，回答(1)～(4)题。
光合产物如何进入叶脉中的筛管
高等植物体内的维管束负责物质的长距离运输，其中的韧皮部包括韧皮薄壁细胞、筛管及其伴胞等。筛管是光合产物的运输通道。光合产物以蔗糖的形式从叶肉细胞的细胞质移动到邻近的小叶脉，进入其中的筛管—伴胞复合体(SE-CC)，再逐步汇入主叶脉运输到植物体其他部位。
蔗糖进入SE-CC有甲、乙两种方式。在甲方式中，叶肉细胞中的蔗糖通过不同细胞间的胞间连丝即可进入SE-CC。胞间连丝是相邻细胞间穿过细胞壁的细胞质通道。在乙方式中，蔗糖自叶肉细胞至SE-CC的运输(图1)可以分为3个阶段：①叶肉细胞中的蔗糖通过胞间连丝运输到韧皮薄壁细胞；②韧皮薄壁细胞中的蔗糖由膜上的单向载体W顺浓度梯度转运到SE-CC附近的细胞外空间(包括细胞壁)中；③蔗糖从细胞外空间进入SE-CC中，如图2所示。SE-CC的质膜上有“蔗糖-H＋共运输载体”(SU载体)，SU载体与H＋泵相伴存在。胞内H＋通过H＋泵运输到细胞外空间，在此形成较高的H＋浓度，SU载体将H＋和蔗糖同向转运进SE-CC中。采用乙方式的植物，筛管中的蔗糖浓度远高于叶肉细胞。
研究发现，叶片中SU载体含量受昼夜节律、蔗糖浓度等因素的影响，呈动态变化。随着蔗糖浓度的提高，叶片中SU载体减少，反之则增加。研究SU载体含量的动态变化及调控机制，对于了解光合产物在植物体内的分配规律，进一步提高作物产量具有重要意义。
(1)在乙方式中，蔗糖经W载体由韧皮薄壁细胞运输到细胞外空间的方式属于________。由H＋泵形成的______________有助于将蔗糖从细胞外空间转运进SE-CC中。
(2)与乙方式比，甲方式中蔗糖运输到SE-CC的过程都是通过________这一结构完成的。
(3)下列实验结果支持某种植物存在乙运输方式的有________。
A．叶片吸收14CO2后，放射性蔗糖很快出现在SE-CC附近的细胞外空间中
B．用蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片，蔗糖进入SE-CC的速率降低
C．将不能通过细胞膜的荧光物质注射到叶肉细胞，SE-CC中出现荧光
D．与野生型相比，SU功能缺陷突变体的叶肉细胞中积累更多的蔗糖和淀粉
(4)除了具有为生物合成提供原料、为生命活动供能等作用之外，本文还介绍了蔗糖能调节SU载体的含量，体现了蔗糖的________功能。
答案 (1)协助扩散 (跨膜)H＋浓度差
(2)胞间连丝 (3)ABD (4)信息传递
解析 (1)由材料中“韧皮薄壁细胞中的蔗糖由膜上的单向载体W顺浓度梯度转运”可知在乙方式中，蔗糖经W载体由韧皮薄壁细胞运输到细胞外空间的方式为协助扩散；“胞内H＋通过H＋泵运输到细胞外空间，在此形成较高的H＋浓度”，SU载体将H＋和蔗糖同向转运进SE－CC中，故由H＋泵形成的跨膜H＋浓度差有助于将蔗糖从细胞外空间转运进SE-CC中。
(2)结合材料可知，乙方式的跨膜运输需要浓度差和载体蛋白等协助，与其相比，甲方式“叶肉细胞中的蔗糖通过不同细胞间的胞间连丝即可进入SE-CC”，即甲方式中蔗糖运输到SE-CC的过程都是通过胞间连丝这一结构完成的。
(3)叶片吸收14CO2后，放射性蔗糖很快出现在SE-CC附近的细胞外空间中，符合乙运输方式中的②过程，A正确；用蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片，蔗糖进入SE-CC的速率降低，说明物质运输方式需要载体蛋白协助，符合乙方式中的②过程，B正确；将不能通过细胞膜的荧光物质注射到叶肉细胞，SE-CC中出现荧光，推测叶肉细胞中的蔗糖可能通过不同细胞间的胞间连丝进入SE-CC，即可能是甲方式，C错误；与野生型相比，SU功能缺陷突变体的叶肉细胞中积累更多的蔗糖和淀粉，说明SU是将叶肉细胞中的蔗糖转运进SE-CC中的重要载体，符合乙方式中的③过程，D正确。
(4)结合材料“叶片中SU载体含量受昼夜节律、蔗糖浓度等因素的影响，呈动态变化。随着蔗糖浓度的提高，叶片中SU载体减少，反之则增加”可知，蔗糖能调节SU载体的含量，即蔗糖可以调节一些生命活动，体现了蔗糖的信息传递功能。
同化作用和异化作用是生物新陈代谢的两种形式。同化作用依据自身有机物形成过程将生物分为自养型和异养型，异化作用根据细胞呼吸过程是否需要氧气将生物分为需氧型、厌氧型和兼性厌氧型。细胞代谢包括物质代谢和能量代谢，物质代谢分为物质合成和物质分解，能量代谢分为能量储存和能量释放。同化作用是物质合成、能量储存，异化作用是物质分解，能量释放，小分子或离子主要通过被动运输、主动运输的方式进出细胞，大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞；细胞中的呼吸作用和光合作用都能合成ATP，ATP是细胞的能量“货币”，这些能量的转化都是在细胞内酶的催化下完成的。
(对照课本回顾主干知识)
重要概念1 物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动
[例1] (2022·全国甲卷，2)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是( )
A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
答案 C
解析 由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确；由题意可知，三种细胞放入相同浓度的蔗糖溶液中时，细胞a表现为既不吸水也不失水，细胞b吸水，细胞c失水，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，B正确；由题意可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液初始浓度相等，水分交换达到平衡时，细胞c的细胞液浓度等于此时的外界蔗糖溶液的浓度，但由于细胞c失水，此时的蔗糖溶液浓度小于初始蔗糖溶液浓度，因此，水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误；在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。
[例2] (2021·广东选择性考试)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是( )
A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后
B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
答案 A
解析 从图中可以看出，①处理后气孔开度小于③处理后，说明③处理后保卫细胞吸水较多，则保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误；②处理后细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确；通过上述分析可知，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。
[例3] (2022·北京东城高三期末)人体成熟红细胞不仅能够运输O2和CO2，还具有一定的免疫功能。红细胞能够识别、粘附病毒，还可以发挥类似于巨噬细胞的杀伤作用。成熟红细胞部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程。下列叙述错误的是( )
A．红细胞呈圆饼状，表面积与体积的比值较大，气体交换效率较高
B．图中①和②表示被动运输过程，③、④和⑤表示主动运输过程
C．红细胞可以利用葡萄糖分解释放的能量将ADP转化为ATP
D．红细胞识别病毒的功能与膜表面的糖被密切相关
答案 B
解析 ①和②表示气体进出红细胞，一般气体等小分子进出细胞的方式为自由扩散，④是葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞，顺浓度梯度，不需要消耗能量，为协助扩散，⑤是H2O通过水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B错误；红细胞可通过无氧呼吸将葡萄糖分解释放的能量用于ADP转化为ATP，C正确。
[例4] (多选)研究得知，胰岛B细胞内K＋浓度是细胞外的28倍，细胞外Ca2＋浓度是细胞内的15000倍。细胞外葡萄糖浓度调节胰岛素的分泌过程如图(＋表示促进)，下列叙述错误的是( )
A．K＋外流和Ca2＋内流都是消耗能量的主动运输
B．K＋和Ca2＋浓度差的建立和维持不需要载体蛋白和能量
C．ATP释放使K＋通道磷酸化导致其空间结构改变
D．作为能量“通货”的ATP能参与细胞内信号传递
答案 AB
解析 由题中信息及图可知，胰岛B细胞内K＋浓度大于细胞外，Ca2＋浓度小于细胞外，且二者的跨膜需要转运蛋白，因此K＋顺浓度梯度外流和Ca2＋顺浓度梯度内流属于不消耗能量的协助扩散，A错误；K＋和Ca2＋浓度差的建立和维持需要依靠主动运输，则需要载体蛋白和能量，B错误；根据题图可知，ATP释放使K＋通道磷酸化，导致K＋外流受阻(说明磷酸化导致K＋通道蛋白的空间结构发生了改变)，细胞膜电位发生变化，进而引起Ca2＋内流，最终促进了胰岛素的释放，ATP参与了该信号传递过程，C、D正确。
[例5] (多选)(2022·山东省潍坊第四中学高三上学期收心考试改编)通道蛋白是横跨细胞膜的亲水性通道，允许特定的离子和小分子物质顺浓度梯度快速通过，由其介导的物质跨膜运输速率比由载体蛋白介导的物质跨膜运输速率快1000倍以上。下图甲、乙分别表示由细胞膜上的通道蛋白和载体蛋白介导的两种运输方式。下列叙述正确的是( )
A．由载体蛋白介导的物质跨膜运输具有饱和性
B．细胞膜的选择透过性与载体蛋白和通道蛋白都有关
C．肾小管细胞能快速重吸收水分主要依赖细胞膜上的水通道蛋白
D．在哺乳动物中，一般情况下K＋经甲进入细胞内，经乙排出细胞外
答案 ABC
解析 一般情况下，K＋进入细胞的方式为主动运输，排出细胞的方式为协助扩散，则通过甲出细胞，通过乙进入细胞。
[练] 完成下列物质出入细胞的运输方式表格。
运输
物质
水进入肾小管细胞
Na＋进入神经细胞
氧进入
肺泡细
胞
碘进入甲状腺滤泡上皮细胞
唾液淀
粉酶的
分泌
运输
方式
运输
特点
答案
运输
物质
水进入肾小管细胞
Na＋进入神经细胞
氧进入肺泡细胞
碘进入甲状腺滤泡上皮细胞
唾液淀
粉酶的
分泌
运输
方式
协助扩
散、自由
扩散
协助
扩散
自由
扩散
主动
运输
胞吐
运输
特点
顺浓度
梯度进
行，不需
要能量
顺浓度
梯度进
行，需要
通道蛋
白，不需
要能量
顺浓度
梯度进
行，不需
转运蛋
白，不需
要能量
逆浓度
梯度进
行，需要
载体蛋
白，需要
能量
不需要转运蛋白，需要能量
重要概念2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域
[例6] (2021·湖北选择性考试)在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是( )
A．过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质
B．DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成
C．胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关
D．淀粉酶和盐酸通过降低反应物的活化能催化淀粉水解
答案 D
解析 DNA聚合酶能催化磷酸二酯键的形成，从而将游离的脱氧核苷酸连接在正在合成的子链上，DNA连接酶也能催化磷酸二酯键的形成，从而将两个DNA片段连接到一起，B正确；胰蛋白酶属于分泌蛋白，分泌蛋白的合成首先要在核糖体上合成一段肽链，然后核糖体和该段肽链一起转移到内质网继续合成，并进行粗加工，形成一定的空间结构，然后转到高尔基体做进一步的修饰加工，C正确；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，D错误。
[例7] (2022·湖南，3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果
D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染
答案 B
解析 由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此初步加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低含碱性蛋白酶的洗涤剂去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；酶具有高效性，碱性蛋白酶能使蛋白质水解成多肽和氨基酸，具有很强的分解蛋白质的能力，可有效地清除汗渍、奶渍、酱油渍等污渍，添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染，D正确。
[例8] (2022·福建福州毕业班质量检测)为探究蛋清溶菌酶的热稳定性，将酶液加热至不同的温度，分别保温30、60、90分钟，测定酶的相对活性，结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．实验的自变量是温度，保温时间不影响酶活性
B．与60 ℃相比，该酶在30 ℃下的催化活性更高
C．蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性
D．在80 ℃时，该酶活性下降的速率先快后慢
答案 C
解析 实验的自变量是温度和保温时间，从图上看，保温时间也会影响酶的活性，高温下保温时间越长，酶的活性下降越快，A错误；从图上看，该酶在30 ℃和60 ℃在一定时间内的相对活性没有明显差别，几乎重合，说明该时间内这两种温度下酶的活性不相上下，B错误；由图可知，30 ℃时酶保持的相对活性较高，故蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性，C正确；从图中可看出在80 ℃时，该酶活性下降的速率先慢后快，D错误。
[例9] (2020·全国卷Ⅰ)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是( )
A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸
B．若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放
D．若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
答案 D
解析 若二氧化碳的生成量等于酒精的生成量，则说明CO2都是无氧呼吸产生的，故细胞只进行无氧呼吸，A正确；若细胞只进行有氧呼吸，则消耗的氧气量等于生成的二氧化碳量，B正确；若细胞只进行无氧呼吸，说明不消耗氧气，产乳酸的无氧呼吸不会产生二氧化碳，C正确；若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，若无氧呼吸产生酒精，则消耗的氧气量小于二氧化碳的生成量，若无氧呼吸产生乳酸，则消耗的氧气量等于二氧化碳的生成量，D错误。
[例10] (2022·东北三省三校高三联考)细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。下列有关细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A．皮肤破损较浅，破伤风芽孢杆菌容易大量繁殖
B．降低温度、隔绝氧气有利于粮食的储存
C．中耕松土、适时排水能促进作物根系的呼吸作用，利于植物的生长
D．呼气酒精测试仪显示屏由蓝变绿再变黄，即可判定为酒驾
答案 C
解析 破伤风芽孢杆菌是厌氧微生物，在皮肤破损较深时会大量繁殖，A错误；低温、低氧有利于粮食的储存，B错误；中耕松土、适时排水能增加土壤的氧气含量，促进作物根系的呼吸作用，C正确；呼气酒精测试仪检测酒精的原理为酒精使酸性重铬酸钾由橙色变为灰绿色，D错误。
[例11] (2021·广东选择性考试)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是( )
A．Rubisco存在于细胞质基质中
B．激活Rubisco需要黑暗条件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2结合
答案 D
解析 Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
[例12] (2022·全国乙卷，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
答案 D
解析 由于小麦在密闭容器中，无外界环境中CO2进入，并且小麦光合作用吸收CO2，呼吸作用释放CO2，所以初期密闭容器中CO2减少是由于光合速率大于呼吸速率，之后保持相对稳定是光合速率等于呼吸速率，D正确。
[例13] (2021·北京等级考)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( )
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
答案 B
解析 由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm－2·s－1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图可知，35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率小于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。
[例14] (2022·常州模拟)下图为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意图，在CO2与C5反应过程中，O2能与CO2竞争相关酶的活性部位。下列相关叙述不正确的是( )
A．在高O2环境中植物不能进行光合作用
B．光呼吸的存在会降低糖的合成效率
C．可以通过适当增大CO2的浓度来抑制光呼吸
D．在特殊环境下，光呼吸可以为暗反应提供原料
答案 A
解析 在高O2环境中O2能与CO2竞争相关酶的活性部位，使CO2与C5固定生成C3的速率减小，植物光合作用减弱，A错误；光呼吸的存在会使CO2与C5固定生成C3的速率减小，从而降低糖的合成效率，B正确；O2能与CO2竞争相关酶的活性部位，适当增大CO2浓度可抑制氧气与C5结合，从而抑制光呼吸，C正确；由图可知，光呼吸可产生C2，生成的C2可在线粒体内生成CO2，为暗反应提供原料，D正确。
[例15] (2022·湖北武汉武昌区1月质检)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。下列方法或解释合理的是( )
A．冬季蔬菜大棚可用绿色薄膜提高农作物光合速率
B．夜间蔬菜大棚可适当提高温度以利于提高产量
C．土壤板结后松土主要是促进农作物根系吸收水分
D．农田施肥的同时适当浇水有利于农作物更好地生长
答案 D
解析 植物几乎不吸收绿光，绿色薄膜导致透过的光均为绿光，因此若蔬菜大棚使用绿色薄膜，则会导致农作物光合速率大大降低，A错误；夜间植物只进行呼吸作用，蔬菜大棚可适当降低温度，呼吸酶的活性降低，细胞呼吸对有机物的消耗减少，以有利于提高产量，B错误；土壤板结后松土主要是促进农作物根系的有氧呼吸，有利于能量的供应，促进根系吸收无机盐以及根系的生长，C错误；农田施肥的同时适当浇水，肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收，也有利于降低土壤溶液的浓度，防止烧苗，有利于农作物更好生长，D正确。
[例16] (2021·北京等级考)在有或无机械助力两种情形下，从事家务劳动和日常运动时人体平均能量消耗如图。对图中结果叙述错误的是( )
A．走路上学比手洗衣服在单位时间内耗能更多
B．葡萄糖是图中各种活动的重要能量来源
C．爬楼梯时消耗的能量不是全部用于肌肉收缩
D．借助机械减少人体能量消耗就能缓解温室效应
答案 D
解析 爬楼梯时消耗的能量不是全部用于肌肉收缩，还会用于维持正常体温、新陈代谢和器官的工作等，C正确；有机械助力时人确实比无机械助力消耗的能量少，但机械会消耗更多的能量，不利于缓解温室效应，D错误。
[例17] (多选)(2022·北京东城高三期末改编)下图显示在环境CO2浓度和高CO2浓度下，温度对两种植物CO2吸收速率的影响，有关曲线的分析不正确的是( )
A．高CO2浓度条件下，叶片温度在45 ℃时两种植物真正光合速率最高
B．环境CO2浓度条件下，40 ℃时限制两种植物光合作用速率的因素相同
C．自然条件下，与植物b相比，植物a更适合生活在高温环境中
D．植物b的光合作用相关酶活性在38 ℃左右最高
答案 ABD
解析 高CO2浓度条件下，叶片温度在43 ℃左右时两种植物净光合速率最高，由于不知道呼吸速率，无法知道真正光合速率的情况，A错误；对比左图和右图可知，在40 ℃时，植物a在环境二氧化碳浓度和高二氧化碳浓度下的二氧化碳吸收速率相近，此时CO2浓度不是限制植物a光合速率的因素，植物b在环境二氧化碳浓度下的二氧化碳吸收速率明显低于高二氧化碳浓度下的二氧化碳吸收速率，此时二氧化碳浓度限制植物b光合速率，B错误；据左图可知，自然条件下，叶片温度较高时，植物a的净光合速率较高，故与植物b相比，植物a更适合生活在高温环境中，C正确；据图可知，在环境CO2浓度条件下，植物b的净光合速率在38 ℃左右最高，在高CO2浓度条件下，植物b的净光合速率在43 ℃左右最高，但由于不知道呼吸速率，所以不知道真正光合速率最高时的温度，也就不能确定光合作用相关酶活性最高时的温度，D错误。
[例18] (多选)(2022·山东省高三上学期第二次联考改编)细胞呼吸除了能为生物体提供能量外，还是物质代谢的枢纽，如细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为脂肪、非必需氨基酸等非糖物质，而非糖物质又可以通过一系列反应转化为葡萄糖。下列相关说法正确的是( )
A．有氧呼吸时，底物中所含的能量大部分以热能的形式散失
B．胰岛素能促进葡萄糖转化成脂肪或某些氨基酸
C．在剧烈运动过程中，人体细胞呼吸时CO2产生量多于O2消耗量
D．核糖体上合成蛋白质所需要的非必需氨基酸都是由中间产物转化而来的
答案 AB
解析 胰岛素能促进葡萄糖转化成脂肪或某些氨基酸，因而能降低血糖，B正确；人进行无氧呼吸会产生乳酸，不会产生CO2，因此在剧烈运动过程中，人体细胞呼吸时CO2产生量仍等于O2消耗量，C错误；核糖体上合成蛋白质所需要的非必需氨基酸来自体内转化和食物补充，D错误。
[例19] (2022·北京陈经纶中学高三上学期第一次月考)下图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸相关物质代谢过程，请回答以下问题：
(1)酵母菌细胞内丙酮酸在________________________________(填场所)被消耗。
(2)酵母菌在O2充足时几乎不产生酒精，有人认为是因为O2的存在会抑制图1中酶1的活性而导致无酒精产生，为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取________(填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”)均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液，立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的____________________进行检测。
(3)按照上述实验过程，观察到__________________________，说明(2)中假说不成立，实验小组查阅资料发现，细胞质基质中的NADH还存在如下图2所示的转运过程，NADH在线粒体内积累，苹果酸的转运即会被抑制，且细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。请结合以上信息解释O2会抑制酵母菌产生酒精的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)高产产酒酵母酒精产量更高，甚至在有氧条件下也能产酒，结合图1和图2分析，是利用野生酵母，通过物理或化学诱变因素诱导控制合成________(填“酶1”“酶2”或“酶3”)的基因发生突变而产生的新品种。
答案 (1)细胞质基质和线粒体基质
(2)上清液 酸性的重铬酸钾溶液
(3)甲乙试管都显灰绿色 O2充足时，线粒体内的NADH与O2结合产生水，从而促进线粒体内苹果酸的分解，进而促进苹果酸向线粒体的转运过程，当细胞质基质中的苹果酸浓度较低时，促进了细胞质中NADH的消耗，使得细胞质基质中NADH含量很少，NADH的缺少导致丙酮酸不能转化成酒精(或氧气存在时，线粒体大量消耗NADH，导致细胞质基质中缺乏NADH)
(4)酶3
解析 (1)丙酮酸是酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段的产物，若是进行有氧呼吸，丙酮酸在线粒体基质消耗，若是进行无氧呼吸，丙酮酸在细胞质基质被消耗。
(2)由题图可知，酶1催化丙酮酸分解为酒精和二氧化碳，说明酶1位于细胞质基质，所以酵母菌破碎后高速离心，取上清液(主要成分是细胞质基质，含有酶1)分为甲、乙两组，一段时间后在两支试管加入等量葡萄糖，向甲试管通入O2。一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的酸性的重铬酸钾溶液进行检测。若甲试管由橙红变灰绿色即是产生了酒精，说明O2对酶1没有抑制作用，如果甲试管不变色，说明O2对酶1有抑制作用。
(3)按照上述实验过程，观察到甲、乙试管都显灰绿色，说明两支试管都产生了酒精，说明(2)中假说不成立。
(4)结合图1和图2分析，O2存在时，酶3催化有氧呼吸第三阶段，如果通过物理或化学诱变因素诱导控制合成酶3的基因发生突变，O2不能与线粒体NADH反应，NADH积累，苹果酸的转运会被抑制，细胞质基质的NADH就会在酶1的催化下合成酒精。
[例20] (2021·广东选择考适应性测试)光补偿点指同一叶片在同一时间内，光合过程中吸收的CO2和呼吸过程中放出的CO2等量时的光照强度；光合速率随光照强度增加，当达到某一光照强度时，光合速率不再增加，该光照强度称为光饱和点。下表为甲、乙两个水稻品种在灌浆期、蜡熟期的光合作用相关数据。
表 甲、乙两个水稻品种灌浆期和
蜡熟期光合作用相关指标的比较
生长期
光补偿点
(μmol·m－2
·s－1)
光饱和点
(μmol·m－2
·s－1)
最大净光合速率
(μmolCO2
·m－2·s－1)
甲
乙
甲
乙
甲
乙
灌浆期
68
52
1853
1976
21.67
27.26
蜡熟期
75
72
1732
1365
19.17
12.63
注：灌浆期幼穗开始有机物积累，谷粒内含物呈白色浆状；蜡熟期米粒已变硬，但谷壳仍呈绿色。
回答下列问题：
(1)从表中的数据推测，________品种能获得较高产量，理由是______________________________________________。
(2)据表分析水稻叶片在衰老过程中光合作用的变化趋势。
(3)根据该实验的结果推测，从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率的变化可能与叶片的叶绿素含量变化有关。请设计实验验证该推测(简要写出实验设计思路、预测实验结果并给出结论)。
答案 (1)乙 乙组灌浆期最大净光合速率较大，有利于幼穗对有机物的积累
(2)光合作用逐渐减弱。
(3)取等量的相同品种(甲品种或乙品种)的灌浆期和蜡熟期水稻叶片，分别标记为A、B组，分别用无水乙醇提取两组叶片的色素，再分别用层析液借助纸层析法对两组提取液进行色素分离，最后观察蓝绿色和黄绿色的色素带并比较带宽。
预测结果：
A组蓝绿色和黄绿色的色素带明显比B组的要宽。
结论：
从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率的变化与叶片的叶绿素含量减少有关。
[练1] ATP既是“能量通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，两者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，试写出ATP可作为神经细胞间传递信息的信号分子的两个实验思路。
答案 ①去除典型的神经递质，检测受体细胞是否仍能接收信号发生膜电位的改变；②检测受体细胞是否存在ATP的特异性受体。
[练2] (2022·北京检测)
高温或强光常抑制光合作用过程，导致作物严重减产。光合复合体PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1是PSⅡ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PSⅡ的其他蛋白，D1对ROS尤为敏感，极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代，使PSⅡ得以修复。因此，D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSⅡ的修复，进而影响光合效率。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组，叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程，导致PSⅡ修复效率降低。
我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA，并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接，构建融合基因，再与高温响应的启动子连接，导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明，与野生型相比，转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加，高温下大幅增加；在高温下，PSⅡ的光能利用能力也显著提高。与野生型相比，转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高。
若从物质和能量的角度分析，转基因植物选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 高温时，高温响应的启动子驱动psbA基因高水平表达，补充高温造成的D1不足，修复PSⅡ，提高光能利用率；非高温时低水平表达，避免不必要的物质和能量消耗
情境信息
例1 (2021·山东等级考)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器，液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进行进入液泡并储存。下列说法错误的是( )
A．Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
B．Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺
C．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢
D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
此题为高考常考信息题，解这类题的方法为：边读边画关键信息，将题目信息与所学相关生物学知识联系起来，将分析结果记在题旁边，然后结合选项做题。不要过多纠结题干信息。
1．提取有效信息，写出分析结果
(1)液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度H＋跨膜进入液泡内，需要载体蛋白、能量，运输方式为主动运输。
(2)该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存
进入液泡的方式为主动运输，需要能量、载体蛋白CAX，H＋出液泡的方式为协助扩散，需要载体蛋白CAX。
(3)Ca2＋通过CAX的运输进入液泡液泡的渗透压升高―→使液泡中溶液浓度大于外界溶液浓度植物吸水，有利于植物细胞保持坚挺。
(4)由选项C加入H＋焦磷酸酶抑制剂H＋焦磷酸酶活性降低无机焦磷酸水解释放的能量减少H＋跨膜进入液泡减少液泡两侧的H＋浓度差下降Ca2＋通过CAX的运输速率变慢。
2．结合选项解题：由(2)知，A错误；由(3)知，B正确；由(4)知，C正确；由(1)知，D正确。
答案 A
[练1－1] (2022·山东潍坊高三上学期期末)耐盐植物的液泡膜和细胞膜上有大量质子泵，可将ATP水解并利用释放的能量将细胞质中的H＋泵入液泡和泵出细胞，在液泡膜和细胞膜两侧形成H＋电化学梯度。液泡膜和细胞膜上还分布着能同时转运H＋和Na＋的反向转运载体，借助H＋电化学梯度将Na＋运入液泡和运出细胞，来保持细胞质内的低Na＋水平。下列说法错误的是( )
A．质子泵既有运输功能也有催化功能
B．H＋通过反向转运载体由液泡和细胞外进入细胞质属于协助扩散
C．Na＋在液泡中的积累有利于耐盐植物从外界吸收水分
D．呼吸抑制剂不会对Na＋运入液泡和运出细胞产生影响
答案 D
解析 质子泵既能催化ATP水解，又能运输H＋，故既有运输功能也有催化功能，A正确；根据氢离子进入液泡和排出细胞均需要消耗能量，为主动运输，物质运输方向为从低浓度运输到高浓度，液泡和细胞外H＋浓度均高于细胞质，故推测H＋通过反向转运载体由液泡和细胞外进入细胞质属于协助扩散，B正确；Na＋在液泡中的积累，可以提高细胞液的浓度，有利于耐盐植物从外界吸收水分，C正确；氢离子进入液泡和排出细胞均需要消耗能量，呼吸抑制剂会抑制呼吸作用，影响能量供应，导致液泡与细胞质、细胞外与细胞质的H＋浓度差降低，而Na＋运入液泡和运出细胞需借助H＋电化学梯度，故呼吸抑制剂会影响Na＋运入液泡和运出细胞，D错误。
[练1－2] (多选)(2022·山东日照高三上学期开学考改编)细胞内Na＋区隔化是植物抵御盐胁迫、减轻高盐伤害的途径之一，植物液泡膜上H＋焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H＋运进液泡，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度能驱动液泡膜上的转运蛋白M将H＋运出液泡，同时将Na＋由细胞质基质运进液泡，实现Na＋区隔化。下列叙述正确的是( )
A．细胞质基质中的H＋和Na＋均以主动运输的方式进入液泡
B．H＋焦磷酸酶和转运蛋白M在转运时均需改变自身构象
C．转运蛋白M能同时转运H＋和Na＋，故其不具有特异性
D．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Na＋跨液泡膜运输速率会减弱
答案 ABD
解析 植物液泡膜上H＋焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H＋运进液泡，说明H＋进入液泡需要消耗能量，需要载体蛋白，为主动运输；Na＋由细胞质基质运进液泡，是利用液泡膜两侧的H＋浓度梯度的驱动，同时需要转运蛋白M的协助，为主动运输，A正确；载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变，H＋焦磷酸酶将H＋运进液泡，转运蛋白M将Na＋运进液泡均为主动运输，所以H＋焦磷酸酶和转运蛋白M均为载体蛋白，在转运时均需改变自身构象，B正确；转运蛋白M可同时转运Na＋和H＋，但不能转运其他物质，说明该转运蛋白具有特异性，C错误；H＋焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H＋运进液泡，使液泡内侧的H＋浓度高于细胞质基质，该浓度梯度能驱动Na＋由细胞质基质运进液泡，故若加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Na＋跨液泡膜运输速率会减弱，D正确。
例2 (2022·山东烟台一模)腺苷酸转运蛋白(ANT)位于线粒体内膜上，其表面有ATP和ADP的结合位点。在正常状态下，ANT作为一个反向转运载体把ADP转运到线粒体基质，把ATP从线粒体基质中运出。而在肿瘤细胞中，ANT转运ADP和ATP的方向相反。研究发现苍术苷可降低ANT与ADP的亲和力。下列分析错误的是( )
A．ANT在转运ATP和ADP时空间结构会发生改变
B．肿瘤患者体内细胞质基质和线粒体中合成的ATP均可通过ANT转运
C．与正常细胞相比，肿瘤细胞的有氧呼吸受到抑制
D．苍术苷不会对细胞有氧呼吸第二阶段造成影响
此题为高考常考信息题，解这类题的方法为：边读边画关键信息，将题目信息与所学相关生物学知识联系起来，将分析结果记在题旁边，然后结合选项做题。不要过多纠结题干信息。
(1)ANT为转运蛋白，表面有ATP和ADP的结合位点ANT为载体蛋白ANT在转运ATP和ADP时空间结构会发生改变。
(2) 在肿瘤患者正常细胞和肿瘤细胞内ANT可以分别将线粒体和细胞质基质中的ATP进行转运。
(3) 肿瘤细胞有氧呼吸受到抑制。
(4) 正常状态下，ANT促进有氧呼吸第二阶段的进行，又苍术苷可降低ANT与ADP的亲和力苍术苷会对有氧呼吸第二阶段造成影响。
答案 D
例3 (2020·山东等级考)癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是( )
A．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
此题为高考常考信息题，且信息量较小，解这类题的方法为：提取有效信息，将题干信息与所学生物学知识联系起来，再根据选项作答。不要过多纠结题干信息。
1．已知信息：癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸供能。
2．分析信息：癌细胞呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸，以无氧呼吸为主。
3．联系课本知识
有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解
4．根据题干及课本知识解题
A项：由于葡萄糖无氧呼吸时只能释放少量的能量，故“瓦堡效应”导致癌细胞需要吸收大量的葡萄糖来为生命活动供能。
B项：癌细胞中进行无氧呼吸时，只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段由丙酮酸转化为乳酸的过程不会生成ATP。
C项：由题干信息可知，癌细胞主要进行无氧呼吸，故丙酮酸主要在细胞质基质中被利用。
D项：无氧呼吸只有第一阶段产生少量的NADH，而有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都能产生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少。
答案 B
[练3－1] (多选)(2022·山东省烟台市高三上学期期末考试改编)细胞呼吸过程中产生的氢可与NAD＋结合，形成NADH。细胞外烟酰胺磷酸核糖转移酶(eNAMPT)的催化产物NMN是合成NAD＋的原料。研究发现，人的衰老过程与组织中NAD＋水平的下降直接相关。下列说法正确的是( )
A．有氧呼吸过程中NADH的氢全部来自葡萄糖和丙酮酸
B．人体细胞产生NADH的场所有细胞质基质和线粒体内膜
C．体内的NMN合成量下降可能导致人体早衰
D．促进人体体内eNAMPT的产生可能延长其寿命
答案 CD
解析 有氧呼吸过程中NADH的氢来自前两个阶段，可来自葡萄糖、丙酮酸和水，A错误；有氧呼吸过程两个阶段产生NADH，场所是细胞质基质和线粒体基质，线粒体内膜是消耗NADH，B错误；NMN是合成NAD＋的原料，人衰老过程与组织中NAD＋水平的下降直接相关，因此体内的NMN合成量下降可能导致哺乳动物早衰，C正确；细胞外烟酰胺磷酸核糖转移酶(eNAMPT)的催化产物NMN是合成NAD＋的原料，人衰老过程与组织中NAD＋水平的下降直接相关，因此促进人体体内eNAMPT的产生可能延长其寿命，D正确。
[练3－2] (多选)(2022·北京东城高三模拟改编)即使在氧气充足的条件下，肝癌细胞的无氧呼吸也非常活跃。据报道，中国科学技术大学吴缅教授发现肿瘤抑制因子p53通过影响关键酶的活性抑制癌细胞的无氧呼吸，但不影响正常细胞。下列叙述正确的是( )
A．肝癌细胞在细胞质基质中进行无氧呼吸并产生乳酸
B．正常细胞在细胞质基质和线粒体中进行有氧呼吸
C．肝癌细胞利用葡萄糖产生ATP的效率比正常细胞低
D．p53最可能抑制了催化葡萄糖分解为丙酮酸的关键酶
答案 ABC
解析 肝癌细胞通过无氧呼吸在细胞质基质将葡萄糖分解成乳酸，A正确；正常细胞在细胞质基质和线粒体中进行有氧呼吸，B正确；正常细胞通过有氧呼吸把葡萄糖彻底氧化分解，产生大量ATP，肝癌细胞主要通过无氧呼吸把葡萄糖不彻底地氧化分解为乳酸，产生少量ATP，因此肝癌细胞利用葡萄糖产生ATP的效率比正常细胞低，C正确；p53只是抑制癌细胞的无氧呼吸，而有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段都是把葡萄糖分解为丙酮酸，因此p53不能抑制催化葡萄糖分解为丙酮酸的关键酶，D错误。
长句应答
例4 (2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是________________(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是________________________(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是__________________________________________________________________。
第(2)题为分析原因类试题，为高考常考类型，这类题的解题方法是：首先理清题干、题图中已知条件与结果之间的逻辑关系，同时将所学的生物学的基本概念和原理与之联系，找到解决这类问题的知识载体。
第(3)题为分析原因类试题，解题方法同(2)题。
答案 (1)O2、[H]和ATP
(2)自身呼吸消耗或建造植物叶片自身结构
(3)由于干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收量减少且C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能利用较低浓度CO2，因此同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好
[练4－1] (2020·全国卷Ⅱ)为了研究细胞器的功能，某同学将正常叶片置于适量的溶液B中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离细胞器。回答下列问题：
(1)该实验所用溶液B应满足的条件是____________________________________________________(答出2点即可)。
(2)离心沉淀出细胞核后，上清液在适宜条件下能将葡萄糖彻底分解，原因是此上清液中含有________________________。
(3)将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中，照光后有氧气释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光，________(填“有”或“没有”)氧气释放，原因是____________________________________________________________________。
答案 (1)pH应与细胞质基质的相同，渗透压应与细胞内的相同
(2)细胞质基质组分和线粒体
(3)有 类囊体膜是H2O分解释放O2的场所，叶绿体膜破裂不影响类囊体膜的功能
解析 (1)将正常叶片置于适量的溶液B中，破碎细胞分离各种细胞器，为防止细胞器被破坏，应保证溶液B的pH与细胞质基质的相同，渗透压与细胞内的相同。
(2)葡萄糖经有氧呼吸能被彻底氧化分解，在真核细胞中有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。
[练4－2] (2020·山东等级考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是__________________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是______________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是______________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
答案 (1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)
(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足
(3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)
(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
解析 (1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP、NADPH中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。
(2)据题干可知乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的含量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP＋不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。
(3)在植物中糖类的积累量＝产生量－消耗量，光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用消耗糖类，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。
(4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致CO2的吸收量减少，因此光合作用速率降低。
[练4－3] 在光合作用的研究中，植物光合产物产生器官被称作“源”，光合产物或营养物质卸出和储存部位被称作“库”。研究者对库源关系及其机理进行了研究。
(1)去除部分桃树枝条上的果实，检测其对叶片光合速率等的影响，结果如下表。
组别
净光合速率
(μmol·
m－2·s－1)
叶片蔗糖
含量(mg·
g－1FW)
叶片淀粉
含量(mg·
g－1FW)
气孔导度
(mmol·
m－2·s－1)
对照组
(留果)
5.39
30.14
60.61
51.41
实验组
(去果)
2.48
34.20
69.32
29.70
据表推测：去果处理降低了________(填“库”或“源”)的大小，使叶片中__________积累，进而抑制了光合速率。
(2)检测蔗糖对离体叶绿体光合速率的影响，结果如图1。图1中____________浓度范围的实验数据支持以上推测。
(3)研究发现，叶绿体中淀粉积累会导致________膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，使________进而抑制暗反应。
(4)图2为光合产物合成及向库运输过程示意图。
①图2中A包括的物质有____________。
②综合以上信息，概述去果导致的蔗糖积累抑制叶片光合速率的机制(用文字和“→”表示)。
答案 (1)库 蔗糖和淀粉
(2)0.47～0.57 mol·L－1
(3)类囊体 CO2供应减少
(4)①ATP和NADPH
②
解析 (1)果实是光合产物或营养物质的储存器官，去果处理是降低了库的大小，使叶片产生的淀粉和蔗糖不能转运出去，进而降低了光合速率。
(2)据图1曲线，当蔗糖浓度为0.47 mol·L－1时，与蔗糖浓度为0时的净光合速率相接近，超过该浓度后，随着蔗糖浓度升高，光合速率相对值降低。因此图1中0.47～0.57 mol·L－1的实验数据支持“叶片产生的蔗糖不能转运出去，进而抑制了光合速率”的结论。
(3)光反应的场所是类囊体薄膜，因而受破坏的膜结构是类囊体薄膜；气孔是外界二氧化碳进入叶肉细胞的通道，气孔导度降低会减少二氧化碳的吸收，进而影响光合作用的暗反应。
(4)①图2中物质A是光反应产生的作用于暗反应的物质，因此是ATP和NADPH；②若蔗糖不能向库运输，就会积累在细胞内，促进细胞内丙糖磷酸积累增加，丙糖磷酸作为暗反应的产物，它的积累会抑制暗反应；同时，丙糖磷酸的积累会导致丙糖磷酸在叶绿体内转化产生更多的淀粉，淀粉含量增加会使气孔导度下降，进而减少二氧化碳的吸收，抑制了暗反应的进行，进而使光合速率降低；另一方面，淀粉积累也会破坏类囊体薄膜，抑制光反应，进而使光合速率降低。
[练4－4] (2022·山东，21)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
分组
处理
甲
清水
乙
BR
丙
BR＋L
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是________。
(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有__________________、____________(答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是________________________________________________________。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制________(填“增强”或“减弱”)；乙组与丙组相比，说明BR可能通过____________________发挥作用。
答案 (1)蓝紫光
(2)五碳化合物供应不足 CO2供应不足 强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强
(3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。
(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量、温度等；其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足等。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
例5 (2022·全国乙卷，29)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。
(1)由图可判断NO进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是________________________________________________________________________________________。
(2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO速率不再增加，推测其原因是__________________________________________________________。
(3)作物甲和作物乙各自在NO最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是______________________________________________________________________。
(4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对NO的吸收利用，可以采取的措施是________。
第(3)题为分析原因类试题，为高考常考类型，这类题的解题方法是：首先理清题干、题图中已知条件与结果之间的逻辑关系，同时将所学的生物学的基本概念和原理与之联系，找到解决这类问题的知识载体。
答案 (1)主动运输需要呼吸作用提供能量，在一定O2浓度范围内，根细胞对NO的吸收速率与O2浓度呈正相关，说明NO进入根细胞需要能量
(2)主动运输需要载体蛋白，此时载体蛋白达到饱和
(3)甲的NO最大吸收速率大于乙，甲吸收NO时消耗O2多，需要能量多，故甲的呼吸速率大
(4)定期松土
[练5] 蓝细菌是一类分布广泛的原核生物。蓝细菌细胞能够吸收水体中的CO2和HCO，使细胞中无机碳含量高出胞外500～1000倍以上，其过程如图所示。回答下列问题：
(1)向蓝细菌培养液中加入一定量的放射性H14CO，胞内14C浓度增加的速率大于培养液中H14CO生成14CO2的速率，据图可知，原因是蓝细菌细胞通过__________________方式吸收无机碳。随着光合作用的进行，请以14CO2为起点，用图示说明14C转移途径，终产物用(CH2O)表示。
(2)将蓝细菌从黑暗中转移至光照条件下，发现蓝细菌吸入无机碳的速率增加，请根据上图对此现象进行解释__________________________________________________________________________。
(3)在富营养化水体中，O2和CO2含量较低时，蓝细菌仍能高效进行光合作用，在水体中占据优势。请依据上述研究内容说明蓝细菌获得生存优势的原因是______________________________________________________________________。
答案 (1)自由扩散和主动运输
(2)光照下蓝细菌进行光合作用消耗CO2，导致胞内CO2浓度降低，需要(通过自由扩散)从外界吸收更多的CO2；同时因ATP产生量增加，主动运输吸收HCO的速率也加快
(3)蓝细菌具有两条无机碳的吸收途径，其中主动运输吸收HCO途径保证了在环境中CO2不足时细胞内的CO2供给，光合作用仍然能够正常进行(或蓝细菌可通过主动运输方式吸收并积累HCO)
解析 (1)CO2跨膜运输的方式是自由扩散，由题干信息蓝细菌细胞内HCO的浓度比细胞外高500～1000倍可知，蓝细菌细胞通过主动运输的方式吸收HCO，因此综合分析蓝细菌细胞通过自由扩散和主动运输吸收无机碳。光合作用暗反应中先进行CO2的固定生成C3，接着C3还原生成糖类，所以放射性将先后出现在细胞中的C3、糖类等有机物里。
实验探究
例6 (2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是________________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
第(2)题为分析原因类试题，为高考常考类型，这类题的解题方法是：首先理清题干、题图中已知条件与结果之间的逻辑关系，同时将所学的生物学的基本概念和原理与之联系，找到解决这类问题的知识载体。
第(3)题为写实验思路类题，为高考常考类型。解答此类题目时，应先分析题目中的实验目的，以确定实验的变量，设置出对照组和实验组。
1．实验目的：验证干旱条件下气孔开度减少不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。
2．确定实验变量，设置对照组和实验组
(1)首先证明气孔开度不是由缺水直接引起的
(2)然后证明气孔开度减少是由ABA引起
3．语言描述：包括对照组和实验组的自变量、无关变量如何处理，因变量是怎样变化的。取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
再将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组不进行ABA处理，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
答案 (1)增强
(2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
再将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
[练6－1] (2021·全国乙卷)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止______________________，又能保证________正常进行。
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(简要写出实验思路和预期结果)
答案 (1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 细胞呼吸
(2)蒸腾作用散失较多水分 光合作用
(3)实验思路：植物甲在干旱条件下(其他条件适宜)培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲叶肉细胞液泡中的pH，然后统计实验数据。预期结果：白天的pH高于晚上
解析 (1)白天叶肉细胞既进行光合作用又进行有氧呼吸，光合作用过程中产生ATP的场所为叶绿体(类囊体薄膜)，有氧呼吸过程中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。
(3)由题干信息知，植物甲特殊的CO2固定方式是晚上吸收CO2，并生成苹果酸储存在于液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2用于光合作用。据此分析，当晚上时液泡中因苹果酸的生成(或者量增加)液泡pH降低，而白天因苹果酸脱羧释放的CO2用于光合作用，液泡pH升高。所以，可通过比较白天和晚上液泡pH高低来确定植物甲固定CO2的方式。故实验思路为：取生理状态良好的植物甲，在相同的干旱环境中培养，分别检测并比较白天和夜间叶肉细胞中液泡(细胞液)pH高低(大小)。预期结果：叶肉细胞中液泡白天pH高于晚上。
[练6－2] (2022·湖北，21)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随着光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。
注：曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。
回答下列问题：
(1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会________(填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明____________________________________________________________________________。
(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的____________________________________，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明__________________________________。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为____________________________________________________________________________________________，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案 (1)增大 (2)高浓度臭氧处理甲植物的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小
(3)实验组的净光合速率均明显小于对照组 长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同 (4)A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同
解析 (1)在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，则光合作用条件更适宜，甲、乙植物的光合速率会增加，光饱和点会增大。
(2)图2是用高浓度O3处理植物65天测定的植物净光合速率，图3是用高浓度O3处理植物75天测定的植物净光合速率，与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度臭氧处理甲植物的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。
(3)O3处理75天后，甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；曲线2、4之间的差别大于1、3之间的差别，说明长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同。
(4)实验目的为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，因此自变量为A基因的表达量，因变量为植物对O3耐受力，检测指标为植物的净光合速率，因此该实验应是用高浓度O3处理乙植物75天(乙植物的基因A表达量下降)，测定乙植物净光合速率；使乙植物中A基因过量表达后用高浓度O3处理75天，测定其净光合速率；若A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关，则实验现象为A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同。
[练6－3] (2022·广东，18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________，原因可能是______________________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的______________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是____________________________________________________________。
答案 (1)高 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素
(2)糖类等有机物
(3)光照条件 A组 遮阴比例 探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少
解析 (1)分析题图b结果可知，培养10天后，A组叶绿素含量为4.2，C组叶绿素含量为4.7，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。
(2)图b中B1组的叶绿素含量为5.3，B2组的叶绿素含量为3.9，A组叶绿素含量为4.2，B中叶绿素含量为5.3×1/2＋3.9×1/2＝4.6，大于A组；B1组的净光合速率为20.5，B2组的净光合速率为7.0，A组净光合速率为11.8，B组净光合速率为20.5×1/2＋7.0×1/2＝13.75，大于A组。两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。
(3)分析题意可知，该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验的自变量为玉米遮阴比例，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示条件，分为A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组为对照，并保证除遮光程度外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果B组遮光条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少。
发散思维
(2021·北京等级考)学习以下材料，回答(1)～(4)题。
光合产物如何进入叶脉中的筛管
高等植物体内的维管束负责物质的长距离运输，其中的韧皮部包括韧皮薄壁细胞、筛管及其伴胞等。筛管是光合产物的运输通道。光合产物以蔗糖的形式从叶肉细胞的细胞质移动到邻近的小叶脉，进入其中的筛管—伴胞复合体(SE-CC)，再逐步汇入主叶脉运输到植物体其他部位。
蔗糖进入SE-CC有甲、乙两种方式。在甲方式中，叶肉细胞中的蔗糖通过不同细胞间的胞间连丝即可进入SE-CC。胞间连丝是相邻细胞间穿过细胞壁的细胞质通道。在乙方式中，蔗糖自叶肉细胞至SE-CC的运输(图1)可以分为3个阶段：①叶肉细胞中的蔗糖通过胞间连丝运输到韧皮薄壁细胞；②韧皮薄壁细胞中的蔗糖由膜上的单向载体W顺浓度梯度转运到SE-CC附近的细胞外空间(包括细胞壁)中；③蔗糖从细胞外空间进入SE-CC中，如图2所示。SE-CC的质膜上有“蔗糖-H＋共运输载体”(SU载体)，SU载体与H＋泵相伴存在。胞内H＋通过H＋泵运输到细胞外空间，在此形成较高的H＋浓度，SU载体将H＋和蔗糖同向转运进SE-CC中。采用乙方式的植物，筛管中的蔗糖浓度远高于叶肉细胞。
研究发现，叶片中SU载体含量受昼夜节律、蔗糖浓度等因素的影响，呈动态变化。随着蔗糖浓度的提高，叶片中SU载体减少，反之则增加。研究SU载体含量的动态变化及调控机制，对于了解光合产物在植物体内的分配规律，进一步提高作物产量具有重要意义。
(1)在乙方式中，蔗糖经W载体由韧皮薄壁细胞运输到细胞外空间的方式属于________。由H＋泵形成的______________有助于将蔗糖从细胞外空间转运进SE-CC中。
(2)与乙方式比，甲方式中蔗糖运输到SE-CC的过程都是通过________这一结构完成的。
(3)下列实验结果支持某种植物存在乙运输方式的有________。
A．叶片吸收14CO2后，放射性蔗糖很快出现在SE-CC附近的细胞外空间中
B．用蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片，蔗糖进入SE-CC的速率降低
C．将不能通过细胞膜的荧光物质注射到叶肉细胞，SE-CC中出现荧光
D．与野生型相比，SU功能缺陷突变体的叶肉细胞中积累更多的蔗糖和淀粉
(4)除了具有为生物合成提供原料、为生命活动供能等作用之外，本文还介绍了蔗糖能调节SU载体的含量，体现了蔗糖的________功能。
答案 (1)协助扩散 (跨膜)H＋浓度差
(2)胞间连丝 (3)ABD (4)信息传递
解析 (1)由材料中“韧皮薄壁细胞中的蔗糖由膜上的单向载体W顺浓度梯度转运”可知在乙方式中，蔗糖经W载体由韧皮薄壁细胞运输到细胞外空间的方式为协助扩散；“胞内H＋通过H＋泵运输到细胞外空间，在此形成较高的H＋浓度”，SU载体将H＋和蔗糖同向转运进SE－CC中，故由H＋泵形成的跨膜H＋浓度差有助于将蔗糖从细胞外空间转运进SE-CC中。
(2)结合材料可知，乙方式的跨膜运输需要浓度差和载体蛋白等协助，与其相比，甲方式“叶肉细胞中的蔗糖通过不同细胞间的胞间连丝即可进入SE-CC”，即甲方式中蔗糖运输到SE-CC的过程都是通过胞间连丝这一结构完成的。
(3)叶片吸收14CO2后，放射性蔗糖很快出现在SE-CC附近的细胞外空间中，符合乙运输方式中的②过程，A正确；用蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片，蔗糖进入SE-CC的速率降低，说明物质运输方式需要载体蛋白协助，符合乙方式中的②过程，B正确；将不能通过细胞膜的荧光物质注射到叶肉细胞，SE-CC中出现荧光，推测叶肉细胞中的蔗糖可能通过不同细胞间的胞间连丝进入SE-CC，即可能是甲方式，C错误；与野生型相比，SU功能缺陷突变体的叶肉细胞中积累更多的蔗糖和淀粉，说明SU是将叶肉细胞中的蔗糖转运进SE-CC中的重要载体，符合乙方式中的③过程，D正确。
(4)结合材料“叶片中SU载体含量受昼夜节律、蔗糖浓度等因素的影响，呈动态变化。随着蔗糖浓度的提高，叶片中SU载体减少，反之则增加”可知，蔗糖能调节SU载体的含量，即蔗糖可以调节一些生命活动，体现了蔗糖的信息传递功能。
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